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面板大廠齊推MiniLED LCD戰OLED搶高階TV市場

Touch Taiwan 2018智慧顯示與觸控展覽會於日前盛大開展,並首度新增了「MicroLED/MiniLED產品與解決方案」主題專區,各大相關廠商無不使出渾身解數,展出、發表各類顯示產品與相關解決方案。 近年來,韓廠在主動矩陣有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED)面板技術投入甚多,無論是智慧型手機或是居家電視,AMOLED幾乎已成為最高階精品級顯示產品的代名詞。再加上中國廠商紛紛跟進,該市場已殺成紅海;多數台廠更不諱言該技術領域已非經營重點。然而,在本次展會中,可以看出各大廠商紛紛攜手合作,秉持著在液晶顯示器(Liquid-Crystal Display, LCD)與發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)產業多年扎下的穩健基礎,企圖推動晶粒尺寸(LED Chip Size)為100~200微米的MiniLED背光,以及晶粒尺寸小於100微米的MicroLED顯示技術,以正面迎戰OLED大勢,雄心可見一斑。 16K技術達陣 8K生態圈全力建構中 在Touch Taiwan 2018展會中,各大廠紛紛祭出壓箱寶展示火力。群創光電更展出了100吋16K顯示器,宣告16K時代已然來臨。隨著如此高規格的LCD顯示產品量產上市,也將在未來撼動OLED螢幕的頂級高階地位。 群創光電展現技術研發能量,推出全球第一個最高解析度100吋16K S-UHD顯示器模組。此產品不須採用多片小尺寸拼接,即可呈現大型電視牆的視覺效果,做為大型看板廣告,最為吸睛,商業用途廣泛。此外,也展出多款高端電視顯示器模組,搶進高端商業應用市場。 群創光電TV產業事業群總經理楊柱祥(圖1)表示,隨著4K生態圈逐漸完整,8K的技術醞釀也已然成熟。在未來,期待8K能夠如同4K的發展進程一般,在技術、內容以及整個生態圈方面,皆能持續向上提升;也希望能夠藉由8K技術的發展,將OLED電視的聲量壓抑下去。這是群創光電的戰略,更是台灣產業政策的延伸。 圖1 群創光電TV產業事業群總經理楊柱祥表示,期待未來8K技術能夠如同4K技術與內容等生態圈一般,持續向上提升。 友達光電總經理蔡國新(圖2)則指出,該公司65吋、75吋、85吋全系列8K產品皆會在2018年底正式量產出貨,並將鎖定1,500美元以上的大尺寸高階市場。並且,隨著4K的滲透率逐漸提高,也使得未來8K市場倍受看好。蔡國新預估,在2019年8K大尺寸電視可望能達到3%以上滲透率。 圖2 友達光電總經理蔡國新(右)指出,該公司全系列8K產品皆會在2018年底正式量產出貨。左為友達光電董事長暨執行長彭双浪。 8K液晶材料就位 穿透度提升15% 液晶面板無論是在大小尺寸的顯示應用上,皆是目前的主流,液晶層材料也持續推陳出新,以提升顯示效能。針對電視顯示器的8K超高解析度應用,材料供應廠商也已經針對該需求推出相對應的液晶材料,將背光穿透率提升15%之多。 台灣默克集團董事長謝志宏(圖3)指出,8K對於液晶材料有更高的穿透度要求,目前該公司已與面板大廠合作,開發出8K電視顯示器專用的液晶材料,成功將穿透率再提升15%。 圖3 台灣默克集團董事長謝志宏指出,目前已開發出8K電視顯示器專用的液晶材料,成功將穿透率再提升15%。 謝志宏進一步解釋,一般的背光源在穿透液晶層之後,往往只剩下10%亮度,因此若是液晶層的穿透度能夠提升,背光源所使用的LED數量與功耗便能降低,也能夠進一步降低成本。 另一方面,謝志宏指出,不同於電視顯示器應用,行動裝置在使用時會有將螢幕橫擺、直放等由不同角度觀看的需求,對於廣視角的要求將比電視更高;因此,電視顯示器與行動裝置螢幕的液晶層材料亦有不同。然而,相同的是,無論在智慧型手機與平板電腦等小尺寸應用上,穿透率同樣是重要考量。在未來,無論是大小尺寸顯示器的液晶材料都將往更高的穿透度發展。 謝志宏以小尺寸螢幕使用的UB-FFS材料與FFS為例說明,FFS穿透度較低,目前以中階手機為主要應用市場;UB-FFS的穿透度較高、顯示效果較好,目前多運用於高階智慧型手機中。然而,儘管單就液晶材料而言UB-FFS成本較高,但由於較好的穿透度能降低背光LED等其他零組件的用量與成本,因此,UB-FFS其實能提升整體BOM Cost的競爭力。 謝志宏認為,儘管未來顯示技術將持續往MicroLED與OLED顯示器發展,然而由於TFT LCD產能穩定、成本較低,因此,在未來五年之內TFT LCD將持續為主流技術。默克也將秉持著好奇心及材料研發經驗,持續推展材料新應用,以因應5G、無人駕駛、智慧建築等趨勢。未來,默克也將持續研發新世代液晶材料,實現高色飽和窄邊框的精品顯示器,以呈現絕佳的視覺體驗。 MiniLED背光打破OLED神話 此外,群創光電更將8K顯示技術結合MiniLED背光,開發出65吋8K Mega-Zone產品,區域調光超過八百萬區,達到靜態對比規格1,000,000:1。群創8K Mega-Zone解析度是同尺寸OLED的4倍,並且效率更高。在相同功耗下,亮度為4K OLED電視的兩倍以上。 兩大面板巨雄皆推出了導入MiniLED背光的LCD產品,並且皆強調其顯示效果不輸OLED,並且有更具優勢的成本架構。可望能在未來與AMOLED電視在高階顯示器市場一較高下。 蔡國新進一步提到,2020年東京奧運8K訊號試播,將有望帶動8K技術在電視應用的成長,也由於OLED電視難以達成8K解析度,因此待8K技術成熟後,LCD產品的優勢將會顯著提升。 然而,經營8K市場不僅是硬體技術必須達標,包含錄製設備、傳輸介面、內容儲存等等的系統規格皆必須升級8K。唯有產業生態鏈趨於完整,8K才能夠真正普及。因此,群創也透露,在未來3~5年該公司將投入生態系統的經營,以推動8K產品銷售。 另一方面,AMOLED有機材料的特性使得可靠度較低,將難以適應車用的高溫高濕環境。群創光電執行副總經理丁景隆(圖4)預測,待MiniLED背光技術成熟之後,OLED面板將在車載領域消失;大約在2年後便能漸漸看到車用OLED顯示器逐漸被MiniLED背光的LCD技術取代。 圖4 群創光電執行副總經理丁景隆提到,當MiniLED技術持續推進,該技術與MicroLED之間的界線將逐漸模糊。 MicroLED/MiniLED應用領域有區別 另一方面,丁景隆表示,MiniLED開始導入LCD螢幕背光,只是顯示技術革命的開始。在未來,MiniLED背光不但會大大改善LCD顯示品質,進而對AMOLED帶來威脅;在未來晶粒尺寸更小的MicroLED顯示器,也有望將會取代LCD顯示器,成為下世代的顯示主流。目前LCD是群創光電的主要營收來源,在未來隨著MiniLED的發展,將會在5~10年內取代傳統LCD顯示器。 丁景隆進一步提到,當MiniLED技術持續推進,該技術與MicroLED之間的界線將逐漸模糊。當技術走到MicroLED的時候,也許能夠取代整個LCD的顯示器架構,成為未來的顯示主流技術。 儘管使用AM TFT驅動架構有助於導入更小尺寸的晶粒,然而,要實現MicroLED顯示器架構還必須要考慮到其裸晶特性。目前有許多該技術的樣品展示,但通常很難做到電視般的大尺寸,因此產業普遍認為MicroLED顯示器將由穿戴裝置類的小面板開始導入,然而現在由於各種技術局限,尚不確定實際量產時程。 丁景隆分析,MicroLED顯示器將由小尺寸市場切入,而MiniLED背光的LCD顯示器將先攻大尺寸市場,而此二技術的分水嶺將在智慧型手機面板應用,也就是說,未來AM MiniLED背光的LCD顯示技術較無可能導入智慧型手機應用之中。 然而,彭双浪指出,MicroLED具備了省電、高解析度、能做到可撓等優勢,更由於該技術的自發光特性因而無視角局限問題,因此該公司對於MicroLED技術有相當大的期待與投入。友達光電亦於Touch...
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量子電腦掀資安危機 演算法/安全晶片雙管齊下

在金融科技(Fintech)與物聯網(IoT)應用發展下,網路資料量越來越龐大,內涵的價值也越來越高,使得駭客攻擊事件層出不窮。2018年6月韓國比特幣交易所Coinrail即遭駭客入侵,竊取價值4000萬美元的加密貨幣。而未來量子電腦(Quantum Computing)發展成熟後,其強大的運算效能將引起更大的資安威脅,使得後量子演算法與安全晶片成為業界投注的焦點。 近年來量子電腦發展加速,預估其運算效能發展至2000量子位元(qubit)以上,即可在幾秒內破解現有的公鑰密碼系統,包括比特幣等加密貨幣的數位簽章。為防範量子電腦所帶來的資安威脅,相關單位如Google已積極投入後量子密碼演算法開發,而英飛凌(Infineon)也將後量子演算法導入其安全晶片中。因應此趨勢,美國政府也已公開程序來制定可防抵抗量子電腦攻擊的後量子密碼國家標準。 不過,光從演算法著手可能仍無法有效防範攻擊,銓安智慧科技(IKV-Tech)創辦人兼總經理鄭嘉信表示,軟體具有可調整彈性因此也較容易被篡改,且軟體是由人所設計的,必然帶有漏洞且無法避免,因此須搭配安全晶片保障伺服器與交易環境安全。安全晶片內含加密金鑰、演算法與加密引擎,加解密過程都在硬體中進行,以避免在不安全的伺服器環境中進行交易。 事實上安全晶片並非新興技術,其過去主要被運用在軍事與金融體系中,而近幾年隨著物聯網涵蓋的面向越趨廣泛,包括工業製造、智慧交通以及智慧醫療等,對於資訊安全越來越敏感,相關單位也希望能將硬體安全機制導入物聯網裝置中。 然而,鄭嘉信坦言,要將安全晶片導入物聯網裝置中,成本是很大的挑戰。由於安全晶片需要非常多技術與元件,包括密碼學(Cryptography)、防篡改技術(Tamper Resistant)、安全作業系統 (Secure COS) 以及各種侵入式或非侵入式攻擊的感應器(Sensors),開發與製造過程所費不貲。而物聯網涵蓋的情境多元,晶片設計須因應不同應用場景做調整,須耗費更多的成本,導致目前裝置業者採用意願不高。 針對此問題,目前歐盟提出相關對策,要求業者公開經第三方驗證的產品安全規格,讓消費者能了解自己所購買的聯網裝置屬於哪個安全評估等級,同時也能審視產品是否確實達到安全規範,盼能藉此逐步提升物聯網裝置的安全等級。而鄭嘉信也指出,目前荷蘭、德國等國的智慧電表中都已搭載安全晶片。 根據美國官方所引用的說法,2026-2031年時量子電腦的運算效能才足以威脅現有的公鑰密碼系統,但銓安研發長、台大數學系兼任教授陳君明表示,由於產品有一定的更換周期,因此業者在開發或採購可能使用5年以上的裝置時,須特別考量其資訊安全等級,以避免裝置暴露於資安風險中。
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新一代SPU微控制器助力 雷達應用/安全再上層樓

汽車技術的大趨勢(即電動車、自動駕駛及連線)正在動態發展並彼此互動,而網路安全逐漸成為更重要的主題,自動駕駛的解決方案也必須考量其他趨勢。因此,半導體業者研發專為雷達應用的微控制器,提供高運算能力以及駕駛輔助系統與自動駕駛功能的擴充能力,同時實現小尺寸、高能源效率且安全的雷達解決方案,並內建安全機制進一步強化汽車網路的保護。 雷達感測器是發展自動化/自動駕駛的重要元件,現代雷達系統具備高可用性、容錯能力以及在各種光線與氣候環境中的耐用性,可促進強大駕駛輔助系統的實現;但是,新一代雷達系統的要求越來越多,像是汽車製造商要求降低成本、高可擴充性、符合安全要求(NCAP、SAE第2級及更高等級),並且不會因干擾而造成擾動。 因此,為滿足更高解析度的雷達系統,並具有更快的回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取與分類、支援功能安全性、安全的汽車網路通訊,以及低功耗,半導體業者紛紛致力開發新一代的雷達微控制器,例如英飛凌旗下的AURIX雷達微控制器,其結合雷達收發器與安全電源供應器,構成適用於77/79/24GHz應用的可擴充雷達晶片組的基礎(圖1),此晶片組可擴充為相同射頻(RF)與訊號處理平台的多種雷達版本(圖2)。  圖1 77/79/24GHz應用的可擴充雷達晶片組架構示意圖 圖2 AURIX雷達微控制器可擴充多種版本 SPU扮雷達創新應用新要角 雷達應用的關鍵創新是全新硬體加速器(訊號處理單元SPU)。例如英飛凌新一代微控制器便整合SPU,其所整合的SPU具有特殊的RIF介面(基於LVDS IEEE 1596-3標準的雷達介面),最多可使用四支接收天線。雖然微控制器的安全機制最高支援符合ISO 26262標準的ASIL-D,但與微控制器後端鏈接的SPU-IP最高可為雷達解決方案提供ASIL-C ISO 26262的功能安全性。 SPU的概念基礎(圖3),是兩個不同資料路徑上的主記憶體與加速器之間的運算元再循環;運算元會從雷達記憶體擷取出來,經過處理之後再寫回記憶體。 圖3 SPU概念基礎 與此同時,SPU具有高度可設定性,其整合可同時運算的各種執行單元(例如開視窗、FFT、CFAR等);可設定的輸出DMA單元能夠讓不同的結果儲存於不同的記憶體區域,因此TriCore CPU可以存取這些結果並進一步處理。 另外,SPU的時脈為300MHz,可非常快速地處理AD轉換器取樣與FFT BIN,僅需1時脈週期/BIN(或是如果已啟用CFAR,則需2時脈週期/BIN)。因此,可達到14 GOperations/s的綜合效能。與配備quad-MAC的高速極長指令字(VLIW)DSP進行基準比較,獲得提升7至14倍效能/時脈週期的結果。 除了具有高效能之外,SPU還提供多個創新機制以最佳化高成本RAM的使用。這些機制包括以16位元浮點格式(而非32位元定點)儲存運算元結果;可在儲存之前移除BIN的BIN拒絕單元;FFT的自動「填充」,僅儲存相關BIN;以及就地FFT,結果將儲存於原始FFT。 雷達記憶體將區分為獨立的區域(磚),這些項目可進行設定,因此在存取記憶體時,CPU(或系統DMA)與SPU之間不會產生干擾。 SPU降低雷達回應時間提升安全性 另一方面,使用雷達提供安全關鍵任務(例如緊急剎車)時,需要快速的回應時間。考量到車輛以時速100公里行駛時,每秒移動27公尺,這表示以40ms取樣率時,取樣當下車輛已向前移動1.1公尺。為了減少決策前所需資料擷取期間次數以及一個擷取期間的運算時間,SPU可鎖步運作並在更短時間內產生安全結果。 又或是使用兩個SPU,可同時運作以加快處理速度。由於採用以硬體實作的CFAR與濾波器,SPU可即時執行FFT(第1級)以及明顯更快的第2級FFT,速度為2時脈週期/BIN(最多節省10ms並提供寶貴的幾公分剎車距離)。 除此之外,在過去資料因干擾而流失的事實,有時候仍然是可接受的。但是在自動駕駛的情況之下,雷達系統避免干擾是非常重要的;也因此,這是在訊號傳輸期間已建立相位調變的地方,而SPU內建硬體支援解調已相位編碼的訊號。 總結來說,未來世代的雷達感測器需要更精確的物體擷取,特別是行人、自行車騎士等。SPU也是針對此目的而設計,由於其高處理能力與32位元精度(定點)及其CFAR單元(恆定錯誤警報拒絕),可允許更複雜的臨界值。 因此,像是英飛凌新款雷達微控制器便基於與 AURIX版本相同的安全概念,具備鎖步並支援最高ASIL-C的應用;且雷達SPU以14 GOperations/s的效能支援未來的解析度需求,並提供特殊功能單元以加速MIMO雷達的運算,以及提供4MB嵌入式RAM以儲存複雜的FFT及其他結果。 晶片商力推新一代雷達解決方案 綜上所述,雷達SPU具有高度可設定性,但無法程式化。這意味著使用者不必學習新的程式語言與程式庫,可在幾分鐘內開始設計。程式碼產生對於開發程序與生產力而言極為重要。因此,雷達SPU支援使用MatLab自動產生程式碼,與整個系列產品的雷達訊號處理具有二進位相容性,也有助於高效率的設計。 SPU具有標準化軟體架構,能以SPU模型進行無縫開發,甚至在實際目標系統上進行軟體除錯。可設定與不可程式化IP的另一項優勢是不需要特殊的編譯器。像是Tasking公司也提供LAPACK介面(包括BLAS)的實作,做為英飛凌旗下TC3xx雷達系列的程式庫,此二進位程式庫為最佳化形式並經過測試,可搭配使用Tasking TriCore編譯器及其他架構。 此外,為促進快速且簡單的設計實作,亦可使用以下工具:以MatLab為基礎的SPU評估工具(圖4),除了英飛凌的雷達晶片組評估板之外,還有用於AURIX TC3xx雷達系列產品的評估板,內含LVDS連接器與MatLab支援。 圖4 採用MatLab為基礎的SPU評估工具 總而言之,為解決駕駛輔助系統及自動駕駛功能的任務,半導體業者致力推出新一代高效能雷達解決方案,例如英飛凌所發布的新款AURIX雷達微控制器,其可涵蓋SAE第4級自動駕駛等廣泛的應用;且功能包括軟體無線更新(SOTA),可讓系統在使用環境中直接重新組態。這需要正確驗證感測器,並確保感測器與控制單元之間的資料安全交換。此處通常會使用依據AES的加密方法,此外,由於採用HASH或基於ECC的MAC的非對稱金鑰,HSM可提供進階安全性,以滿足網路安全方面的更高要求。 另外,該款微控制器還具備LVDS介面,可在每次的主動擷取作業之間進入低功耗模式。其次,它可使用具有硬體回應的3D-DMA,以低功耗讀取與使用來自記憶體的所有運算元。 最後是SPU,它具有平行執行單元以減少記憶體存取次數。如此一來便能夠在單一計算步驟之中執行多個運算,並且大幅減少對雷達記憶體的存取次數。總而言之,上述產品提供高效能SPU以帶來更高解析度、快速回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取,以及低功耗,以促進快速與簡單的設計實作。 (本文作者皆任職於英飛凌)
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設備/材料齊助OSAT度難關 先進封裝挹注半導體成長動能

台灣半導體業界的年度盛事--Semicon Taiwan 2018於日前圓滿落幕,本屆展會規模再創歷屆之最,展出攤位逾2,000個,吸引超過45,000位專業人士參觀,聚集680家國內外領導廠商,舉辦22場國際論壇,超過200位重量級講師蒞臨演說。這也使得Semicon Taiwan正式超越Semicon Korea,成為全球第二大半導體專業展。 不過,在展覽規模破紀錄的同時,參展廠商跟專業研討會主力探討的議題,已經不再是製程微縮,而是如何用先進封裝技術實現異質整合。在聯電、格芯(GLOBALFOUNDRIES)先後宣布停止先進製程研發後,先進封裝料將成為未來帶動半導體產業發展的新引擎。 這不是說先進製程已經不重要,而是在只剩下台積電、三星(Samsung)跟英特爾(Intel)能提供更先進製程,用得起的IC設計、系統廠客戶也越來越少的情況下,先進製程未來將會變成小眾議題。未能留在先進製程競技場的半導體業者,則必然要尋求其它成長動能。 扇出封裝將是基本功RDL First考驗OSAT 自從台積電在2016年成功將InFO推向量產以來,晶圓級扇出封裝(FOWLP)就一直是封裝業內最熱門的技術話題之一。由於手機應用處理器是封裝業者獲利空間較大的產品,台積電的InFO封裝技術一直讓封裝業者深感威脅,並試圖發展出自己的FOWLP技術。 不過,即便排除掉台積電分食高階產品訂單的威脅,對封裝業者來說,FOWLP也是一條必然要走的路。由於晶片的I/O數量越來越多,裸晶尺寸卻沒有明顯成長,使得凸塊(Bumping)封裝技術的密度將逼近物理極限。因此,未來封裝業者必然要設法把過度密集的I/O散布開來,才能把晶片整合到載板上,而這也是這種技術被命名為扇出封裝的原因。 然而,對晶圓製造跟封裝業者來說,一樣是扇出封裝,技術難度卻是天差地遠。晶圓製造業者要做扇出封裝,可以採用晶片優先(Chip First)製程,但如果是封裝業者,卻只能採用RDL優先(RDL First)製程。 Chip First製程的步驟如下:首先,在晶圓上挑選出已知合格裸晶(KGD),然後將KGD放到基板上,再以模壓樹脂包覆成重構晶圓;接著將重構晶圓以暫時接合材料黏貼到載板,使其平坦化。最後才是在晶圓上製造出線路重布層(Redistribution Layer, RDL)。 RDL First製程(圖1)則是先在載具晶圓上製造出RDL,並塗上暫時接合材料,然後再將KGD放置在合格的RDL上,隨後進行壓模與模具研磨製程。在壓模跟模具研磨製程中,裸晶還要再經過金屬化(Metalization)、微影、介電質沉積、電鍍等製程,這意味著相關材料不僅要通過更多道製程,而且會接觸到更多化學品。 圖1 RDL First製程流程 當然,RDL Last也有其挑戰,因為要在晶圓上製造RDL,相關材料還是得暴露在高溫環境跟各種化學品中,只是在材料跟製程技術上,其困難度比RDL First來得低。 布魯爾科技(Brewer Science)研發執行總監Rama Puligadda表示,使用在RDL First製程上的材料,必須具備更穩定的機械、化學跟熱特性,才能在後續多道製程步驟中存活下來。這也意味著暫時接合材料必須有更強大的性能,方可發揮保護元件的效果。事實上,暫時接合材料不只是用來把晶圓或RDL暫時黏貼在載具上而已,該材料本身也是晶圓或RDL的防護罩,使用具有適當特性的暫時接合材料,對提升製程良率有很大的幫助。 在本屆Semicon Taiwan期間,布魯爾特別發表一款專為RDL優先製程而設計的BrewerBUILD材料,該材料就具有比一般暫時接合材料更強的機械、化學與熱性能,可以協助封裝業者克服RDL First製程的挑戰。此外,該材料一旦與載具體剝離,建構層就會被移除,且可用紫外(UV)雷射剝離。 值得一提的是,該材料不僅可以用在晶圓封裝,同時也適用於面板封裝,這項特性也是為封裝業者的需求而開發的。封裝業者通常傾向於採用面板封裝,因為面板封裝的生產效率優於晶圓封裝。 RDL線寬或成新摩爾定律 無獨有偶,檢測設備與製程控制方案業者KLA-Tencor在本次展會也主打兩款為封裝應用設計的缺陷檢測產品。Kronos 1080系統為先進封裝提供適合量產的、高靈敏度的晶圓檢測,為製程控制和材料處置提供關鍵資訊。 ICOS F160系統在晶圓切割後對封裝進行檢查,根據關鍵缺陷的類型進行準確快速的晶片分類,其中包括對側壁裂縫這一新缺陷類型的檢測。 KLA-Tencor資深副總裁暨行銷長Oreste Donzella(圖2)表示,隨著製程線寬微縮的速度逐漸放緩,晶片封裝技術的進步,已成為提升半導體元件性能的重要因素。先進封裝技術不僅可以縮小元件尺寸,也能藉由異質整合在有限空間內整合更多功能,是推動半導體產業繼續往前邁進的重要動能。 圖2 KLA-Tencor資深副總裁暨行銷長Oreste...
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Yole:2017年CIS產業規模達139億美元 Sony占鰲頭

產業研究機構Yole Développement發布CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor, CIS)的年度技術和市場分析指出,2017年CIS市場規模達139億美元,預測2017~2023年的年複合成長率(CAGR)為9.4%,主要成長動能在於智慧手機整合了額外的相機鏡頭與功能以支援光學變焦、生物感測和3D辨識等功能。 2016年CIS產業規模為116億美元,2017年大幅成長近20%,達到139億美元,Yole預期2023年將將進一步成長至230億美元。營收主要來自可攜式產品、消費性和運算類產品。CIS產業目前由三個亞洲重量級廠商主導:Sony、三星和Omnivision,其中龍頭Sony市占率高達42%,Samsung市占率約20%,Omnivision市占率則是11%左右,CIS產業2017年在全球半導體產業的成長,也是創紀錄的一年。另外,未來幾年行動、安全和汽車應用市場的蓬勃發展,也將促使CIS產業成長動能源源不絕。  
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助長AI運算效能 賽靈思發布首款ACAP處理器

為提升人工智慧(AI)運算效能,賽靈思(Xilinx)近日宣布推出首款採用適應性運算加速平台(Adaptive Compute Acceleration Platform, ACAP)的處理器「Versal」。該產品結合純量處理引擎(Scalar Processing Engines)、適應性硬體引擎(Adaptable Hardware Engines),以及具有先進記憶體和介面技術的智慧引擎,可為任何應用提供效能更高的異構加速。 賽靈思總裁暨執行長Victor Peng表示,隨著人工智慧和大數據快速興起,加上摩爾定律逐漸衰落,半導體設計已經到了一個的關鍵轉捩點。矽材料的設計週期已經無法跟上創新的步伐,因此,該公司研發首款ACAP處理器,使所有類型的開發人員,能透過優化的軟/硬體加速整體應用程序,以跟上快速發展的應用和技術趨勢。 據悉,Versal ACAP的硬體和軟體皆可程式化和最佳化,軟/硬體開發人員或資料科學家皆可使用符合標準設計流程的工具、軟體、函式庫、IP、中介軟體和框架進行實作。 另外,Versal系列產品使用台積電7奈米FinFET製程技術,為首款結合軟體可程式性以及專有領域硬體加速的平台。該產品組合包含六個系列,各系列產品有著不同架構,可為不同應用市場,像是雲端、無線通訊、邊緣運算等提供可擴展的人工智慧運算功能。 賽靈思指出,Versal產品組合包括Versal Prime系列、Premium系列和HBM系列,目的在於為業界提供更高的性能、連接、頻寬和整合。另外還包含AI Core系列,AI Edge系列和AI RF系列,這些系列產品採用全新的AI引擎,以滿足各種應用對低延遲AI運算的新興需求,且與Versal Adaptable Hardware Engines緊密結合,可加速應用程序,調整軟/硬體,確保最高的性能和效率。 賽靈思目前只與幾個早期合作夥伴合作,Versal Prime系列和Versal AI Core系列預計將會在2019年下半年正式推出;與此同時,Versal系列產品的軟體開發環境,包含驅動程式、中介軟體、函式庫,以及軟體框架,也將於2019年提供。
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機器人應用一觸即發 擘畫無線充電新版圖

2018年人工智慧機器人討論熱度持續升溫,無論是哪一家機器人製造商皆希望透過差異化的產品特色,贏得市場注目進而創造營收佳績,而無線充電技術的導入,就是一項刺激機器人創造另一波成長高峰的關鍵技術。 機器人對無線充電的需求,就像是一頭沉睡的獅子般逐漸被喚醒。捷佳科技市場總監亓立安表示,磁共振已突破無線充電距離、功率與面積的限制,成為許多機器人製造商將產品無線化的東風,包含掃地機器人、陪伴/個人型機器人、家庭報警/安防機器人,機器手臂等應用,皆有望成為未來無線充電導入的目標。 以現階段來看,首波導入無線充電技術的機器人,預計鎖定於掃地機器人和陪伴型機器人為主。亓立安談到,許多掃地機器人原來使用的充電座,可能會因為使用時間久而產生氧化或對位充電不精確等問題,有其採用無線充電技術的必要性。 而從技術面來討論,無論是哪一類型的機器人,在行走的過程中,都會需要離地面一些距離。舉例來說,掃地機器人在行進的過程中,離地大約1~1.5公分左右,而這絕對需要磁共振技術才能實現,因為磁感應技術受限於物理限制,若超過0.7公分,對於充電效率影響極大。 不過,雖然磁共振技術為無線充電應用帶來許多好處,但以目前的成本價格來看仍然偏高。普遍來說,一個接收器與發射器的模組加起來預估約50美金左右,將可能成為廠商投入的絆腳石。但綜觀機器人產業來看,較屬於創新型市場,對於高單價的無線充電技術導入意願較高,據了解目前已有廠商默默耕耘相關市場。 亓立安認為,所有創新都需要一個產業的領頭羊帶動市場,就像智慧手機無線充電的爆發,也是在三星和蘋果兩大手機品牌商的導入有明顯的成長,而機器人市場也是如此。目前該公司已與北美知名品牌掃地機器人廠商,以及陪伴型機器人大廠合作無線充電技術,提供30W傳輸功率、20公分傳輸距離,其效率約70%左右的無線充電模組,預計今年年底開始出貨,相關機器人產品亮相的時間點約莫2019年年底,屆時市場大量鋪貨,將引發更多製造機器人的廠商跟進效應。 亓立安透露,2019年預計將有更多不同類型的機器人導入無線充電技術,故該公司正積極標準化旗下機器人無線充電模組,期能在模組尺寸小型化的同時,進一步提升輸出功率與效率,刺激無線充電機器人市場更加蓬勃發展。
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實現自動駕駛與無人機應用  高精度GNSS技術不可或缺

到了2015年,功能定位衛星星系的數量已從2000年的一個全球星系(美國的GPS)增加到四個(GPS、俄羅斯的GLONASS,中國的北斗,以及歐洲的伽利略),並有兩個區域系統(印度的NAVIC和日本的QZSS)可為互補。這為多星系GNSS接收器開啟了新的機會。 此外,衛星訊號也經過現代化改造,到2018年,多頻GNSS變得更為平價,這些進展已為GNSS的下一個目標奠定了基礎,也就是實現公寸(10公分)或公分級的精準度。 GNSS接收器是利用它們與至少四個GNSS衛星的距離進行三角測量來取得位置,因為接收器是根據衛星訊號到達它們所需的時間來測量距離,因此即使是最輕微的誤差,低至幾十億分之一秒,都會對準確度帶來負面影響,衛星軌道位置的誤差會導致約2.5公尺的準確度差距。 衛星時脈誤差也可能增加額外1.5公尺差距。而對流層和電離層的擾動可能會再分別增加1公尺和5公尺差距;如果衛星接近地平線或在太陽活動強烈時期,準確度差距還會再增加。 截至目前為止,最大的誤差是由多徑(Multipath)效應所引起,這是指衛星訊號會藉由多個或間接軌跡到達接收器,例如在都會區,衛星訊號會被建築物外牆反彈。在空曠的戶外,標準精準度的GNSS接收器則可準確到2公尺以內。 利用GNSS校正數據來消除GNSS誤差,高精準度GNSS系統可大幅提高其精準度。取得此數據的方式是從已知位置的基地台來監控GNSS訊號。測得與基地台位置的偏差值後再將其傳送給漫遊器(Rover);這是配備了GNSS接收器的有人或無人載具,便能獲取更準確的位置資訊。在適當條件下,只要基地台和漫遊器相隔不是太遠,此方法可達到公分級的準確度。 然而,並不是所有的GNSS誤差都可以用此方法來消除。由於到達基地台的衛星訊號會受到許多與到達漫遊器相同的誤差,因此校正數據除了可用來消除衛星位置和時脈誤差之外,亦可消除大氣誤差。但是,漫遊器周遭環境所引起的多徑誤差,例如由鄰近高樓大廈造成的,就必須透過接收器本身來解決。 高精準度GNSS並不是新概念,此技術已被測量人員和其他專業人員使用了數十年之久。但是,高昂的裝置成本和昂貴的校正服務費用將這項技術限制在專業利基市場,無法擴展到其他市場。 不過,現在擁有的技術可以使高準精度GNSS對大眾市場更具吸引力,進一步實現包括車道準確導航、擴增實境(Augmented Reality)、無人機精準飛行和著陸、無人割草機和拖拉機,以及V2X通訊等應用的發展。其中,V2X可以使聯網汽車與其他車輛和基礎建設無線通訊,以避免碰撞,且隨著技術的進展,更多的應用可望一一浮現。 擴展高精準度定位技術以支援大眾市場 校正服務供應商可透過兩種方式把GNSS誤差數據傳送給漫遊器,其中只有一種可以擴展至滿足大眾市場的需求。在基於觀測空間再現(Ozservation Space Representation, OSR)的方法中,校正服務供應商會計算每個漫遊器位置的預期觀測誤差值,並將這些訊息無線傳送給它們。 相反地,在基於狀態空間再現(State Space Representation, SSR)的方法中(圖1),觀測到的GNSS訊號誤差會被用來為整個區域的誤差進行物理建模,以做為狀態空間模型。然後,在任何給定時間用來描述狀態空間模型的參數會被廣播到整個建模區域中的漫遊器。 圖1 觀測空間再現(OSR)與狀態空間再現(SSR)的比較 高精準度定位服務必須能被擴展,以支援全球性的大眾市場應用。採用OSR來進行GNSS校正數據的原有服務供應商將難以擴展,這也是為什麼把GNSS校正數據廣播給數百萬個使用者的SSR新型服務將會取而代之的原因。 OSR已被即時動態定位(RTK)和網路RTK衛星導航採用,在現今需要公分級或甚至公厘級定位準確度的設置中使用。當基地台和漫遊器相距30公里以內時,這些方法是準確的。基於OSR的方法需要漫遊器和校正服務供應商之間的雙向通訊,由於行動通訊網路很難可靠地維持這種通訊級別,使其很難適用於大眾市場的應用。基於SSR的方法則是透過向整個服務區域中的所有漫遊器廣播單一的校正數據流來解決這個問題。這種簡化的通訊方式,以及可以在相對較低的基地台密度(150~250公里)下提供穩健的服務,使其成為大眾市場應用(如高度輔助駕駛)的唯一可行方法。 先進的接收器能夠接收到更多來自衛星的訊息,使其效能獲得進一步的提升。雖然第一代GNSS衛星僅能在單一頻段內傳輸訊號,但現在的導航衛星系統能以多達三個獨立的頻段發送訊號。例如,美國的GPS系統以L1、L2和L5頻段發射,分別集中在1575MHz、1227MHz和1176 MHz。俄羅斯的GLONASS只在L1和L2頻段傳輸,中國的北斗也是如此。 總結來說,高精準度GNSS接收器可以利用單個星系中的多個頻段,以大幅縮短實現高精準度所需的時間。於是,定位效能更為穩健,而且最終能為使用者帶來更可靠的服務。 未來的高精準度GNSS系統將由多個單元組成,目前在軌道上的GNSS星系是其中最主要的單元。在地面上,GNSS參考基地台負責即時監測GNSS訊號誤差。採用SSR方法後,校正服務將透過網際網路以及同步衛星廣播誤差值。除了採用雙頻GNSS接收器外,漫遊器還將配備蜂巢式數據機,以接收透過網際網路廣播的校正數據流,並利用L頻段接收器來接收衛星的校正數據流(圖2)。 圖2 具備SSR校正數據的單頻GNSS和雙頻GNSS效能比較 無人駕駛興起 高精準度定位技術成關鍵 雖然現今的車隊仍由須要依賴駕駛控制的車輛所組成,但已有越來越多的車輛會提供一些輔助駕駛功能。在邁向完全自主駕駛發展的過程中,須逐步提高特殊使用案例的自動化程度,例如在高速公路上行駛或自動停車功能。 今天,駕駛可能會受益於某些輔助駕駛功能(圖3),但他們仍須執行車道保持和車道變換等所有的操作。現今,路上已有一些具備2級自動化能力的汽車,它們配備了部分自動化的系統,能在特殊的應用場合自主地執行這些動作。在高度自動駕駛(3級)中,駕駛可在特殊的應用案例中把手離開方向盤,但必須隨時準備在必要時接管。全自動駕駛(4級)不再需要駕駛,但僅針對特殊的使用案例,只有當完全通過這些級別,我們才能把無人自主駕駛車輛擴展到所有的使用案例(5級)。 圖3 無人自主駕駛的發展藍圖 為了滿足無人駕駛的安全需求,各種技術的結合是必要的。把攝影機影像、光達和雷達資料以及高畫質地圖結合在一起,已經可以讓車輛以高準確度(大約10公分)將其定位在地圖上,並在許多條件下檢測障礙物,然而,光是利用這些系統,它的安全性還不足以實現無人駕駛。 在朝全自動駕駛過渡期間,車輛的精確位置將決定是否可以開啟自動駕駛模式。惡劣的環境條件或缺乏明顯的地標可能會導致光學系統無法正確決定使用案例,對4級系統來說,這深具挑戰性,因為在4級自動化程度中,駕駛可以在某些情況下完全放手對車輛的控制。 正是在這種情況下,高精準度GNSS與汽車慣性導航的結合,亦即把衛星導航資料與各別的車輪速度、陀螺儀和加速度計訊息相結合,以便在沒有GNSS訊號的情況下提供準確定位,能介入做為完全獨立的位置來源。其提供的精確位置資訊不僅有助於辨識高畫質地圖和地理圍欄關鍵區域的正確部分,如須降低速度,還可用來校準車輛的感測器。只有採用這樣的系統,才能滿足ISO 26262標準中所制定的自主車輛安全要求,這些安全要求包括功能安全性、車輛能安全回應錯誤的能力,無論是在韌體或硬體層級,都須確保乘客安全。 功能安全性是安全自動駕駛的先決條件。然而,這樣還不夠,功能安全性是以車輛為中心,它只處理車輛可能發生的錯誤。對於定位,主要的錯誤來源,像是衛星時脈和位置、多徑效應或校正數據流中的潛在失誤,都發生在車輛外部。 因此,即使是具備功能安全性的車輛也無法拒絕有缺陷的資料。考量這些外部的錯誤資料需要更全面性的作法,可稱之為「完整性」。與功能安全性相反,完整性將從整體角度處理整個技術鏈,包括所有層面的各種感測器、V2X基礎架構,以及安全系統。它要求所有技術,包括全球導航衛星系統,都能對其輸出的資料提供一定程度的信心,才能在該使用替代技術時提出警告。 為了提高道路安全,高精準度GNSS是實現先進駕駛輔助系統(ADAS)和完全無人駕駛的關鍵。做為定位訊息的獨立來源,高精準度GNSS使用多頻帶接收器和SSR校正數據,將能在各種情況下可靠地提供車輛的確切位置。最終,它必須準確到能在高速公路上實現公寸等級,並在更具挑戰性的城市高速道路上達到公尺以下等級,以確保回報的位置不僅準確,而且具有極高準確率。此外,為了要獲得市場的大量採用,它還必須在品質上無可挑剔、而且價格合理。 為了實現把高精準度GNSS帶到大眾市場的目標,通訊模組業者近年來展開了多項行動,像是u-blox推出即時動態定位(RTK)接收器NEO-M8P,正式跨入高精準度GNSS市場;宣布與博世(Bosch)、三菱電機和Geo++合資的Sapcorda公司推出符合平價的GNSS校正服務;發布新款u-blox F9技術平台,可為工業和汽車應用提供多用途的高精準度定位技術,以及推出首款整合RTK技術的多頻GNSS模組 ZED-F9P。 (本文作者為u-blox定位產品中心產品策略資深總監)
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專訪Intel可程式化解決方案亞太區總經理Ro Chawla  FPGA加速卡迎戰AI數據需求

英特爾可程式化解決方案事業群亞太區總經理暨業務總監Ro Chawla指出,目前全球所累積的數據資料中,90%是在過去兩年內創造出來,可以想見全球數據資料量的成長速度相當驚人,該趨勢也為數據處理帶來挑戰。而FPGA正是為了要解決巨量數據資料處理目前所面臨的瓶頸。 Chawla進一步指出,展望未來FPGA市場發展,整體市場預計將在2020年達到75億美元,加速器市場更有望在2021年達到200億美元。加速器市場不僅是包含FPGA,也包含了GPU與ASIC處理架構。 由於資料量的爆炸性成長,資料中心營運商需要保持大規模效能需求和營運效率之間的平衡。如富士通、戴爾EMC等OEM廠商,亦在其伺服器系列中採用了英特爾可程式加速卡 (Programmable Acceleration Cards, PAC)。這是可程式化晶片的重要發展,旨在加速今日新型態資料中心的主流應用,憑藉出色的多功能性和速度,可支援處理從資料分析到金融服務的各項工作負載。 目前FPGA的應用領域以數據中心為大宗,也由於大數據的重要性持續存在,因此數據中心也一直都是FPGA的重要應用領域。除了數據中心應用之外,由於FPGA具備低功耗、低延遲等優點,也能符合邊緣運算的處理需求。目前英特爾已開始投資安防監控市場,該市場未來更有望成為FPGA成長最快的應用領域。 Chawla提及,沒有任何一種處理器架構能獨立解決所有的應用問題,因此技術趨勢將轉向異構計算架構。英特爾所推出的Open VINO架構能做到異構運算,適用於各種處理架構,未來也將會看到更多異構應用可能出現。 英特爾可程式化解決方案事業群亞太區總經理暨業務總監Ro Chawla指出,全球數據資料量的成長速度相當驚人。  
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新一代自我調整脈寬調製器助力 穩壓器恒定開關頻率效能增

測量功率開關導通/關斷時間以獲得恒定開關頻率 在一個採用FOT控制方法的開關式轉換器內,控制器使功率開關的關斷時間(TOFF)固定不變,並調製功率開關的導通時間(TON),以此調整輸出電壓或電流。反之亦然,COT控制方法是使功率開關的導通時間固定不變,同時調製功率開關的關斷時間,調整轉換器的輸出電壓電流。 最簡單的FOT或COT電路會導致開關頻率(FSW)顯著變化,這主要與輸入輸出電壓設置點和負載(CCM或DCM模式)有關。具體來說,當負載降低時,開關頻率將會升高,導致效能降低或產生意外的特性(需要更寬的EMI濾波器),這是一個眾所周知的技術缺點,不少文獻中均記載解決這個問題的辦法。 例如,用FOT方法控制CCM PFC前級升壓穩壓器,導致開關頻率隨電網電壓和負載條件而發生明顯變化。按照即時電網電壓調製關斷時間,可以降低開關頻率(TOFF Kt Vin, pk sinθ),如圖1所示,只要升壓級是CCM模式,最終開關頻率是恒定的,如圖1右所示。 圖1 電網電壓FOT調製PFC升壓轉換器(左),FSW對電網電壓(右)。 COT被廣泛用於控制基於降壓和升壓拓撲的DC-DC轉換器。在降壓轉換器內,假設CCM模式且忽略寄生效應(例如功率開關和濾波電感器的電阻),按照檢測到的輸入輸出電壓調制導通時間,可以產生恒定的開關頻率。事實上,達成這個目標還須要檢測功率開關上的電壓並按照該電壓對導通時間進行深度調製。同樣的方法還用於COT升壓轉換器和FOT升壓轉換器。值得注意的是,關於如何將開關頻率變化降到最小,多數給出的解決方法都是採用轉換器所占空間的預估值(這與CCM模式下的理想開關頻率密切相關),以及檢測轉換器電網電氣參數(例如輸入輸出電壓、功率開關/電感器電壓降等)。 為解決前文提到的所有缺點,本文提出的調製器的主要思路是測量功率開關的導通時間(或關斷時間),接著根據這個資訊適時調製關斷或導通時間,最終取得恒定開關頻率。 新一代調製器滿足拓撲應用 圖2所示是我們提出的調製器,其中Q代表功率開關柵極驅動邏輯訊號,END-TOFF(END-TON)是調製器的輸出,其上升沿是TOFF(TON)時長;IR1和IR2恒定電流發生器。採用與圖1相同的符號標記法,VTH_RAMP和VRAMP電壓可以表示為2πfline t的函數,T(θ)=TON(θ)+ TFW(θ)+TR(θ)=TON(θ)+TOFF(θ)是開關週期。 圖2 創新的PWM調製器(左)和FOT控制方法的主要波形(右)。 假設T(θ)<<Rt2 Ct2<<1/fline,fline是電網電壓頻率,電容Ct2上的開關頻率紋波忽略不計,其平均值忠實地跟隨電網頻率變化。以FOT控制電路為例,通過將該電荷平衡應用到開關週期,可以求出Ct2上的平均電壓VTH_RAMP(θ): 公式(1) 解方程式(1)求出VTH_RAMP(θ)電壓:   公式(2) 在功率開關關斷期間,CR1電容的充電電流是IR1恒流,CR1電容上的電壓VRAMP(θ)線性升高: 公式(3) 只要(2)等於(3),調製器立即結束功率開關的關斷時間(TOFF時間): 公式(4) 解方程式(4)計算1/T(θ)值:                                                                      公式(5) 公式(5)證明,最終開關頻率是恒定值,與輸入輸出電壓設置點無關,也與工作狀況(CCM或DCM)和轉換器的寄生參數無關。值得注意的是,本文提出的調製器僅基於轉換器功率開關的柵極驅動邏輯訊號(Q),因此,是一個適用於所有轉換器拓撲的通用調製器。 運用PSIM模擬法驗證調製器效能 本文採用PSIM模擬法在不同的拓撲(例如DC-DC降壓COT、PFC升壓FOT、DC-DC反激式FOT轉換器等)內測試並驗證圖2所示調製器。 具體來說,圖3所示是開關頻率在寬輸入電壓(230Vac左和115Va右)範圍和所有負載條件中(CCM左和DCM右)保持恒定。相較於標準LM-FOT的方法,本文提出的創新調製器的性能大幅改進,特別是在高壓線DCM運行模式更為明顯。 圖3 創新調製器的實驗波,230Vac滿載(左)與115Vac輕載(右)。 綜上所述,本文提出一個創新採用FOT/COT之方法達到恒定開關頻率的自我調整PWM調製器,並且透過模擬和實驗方法驗證了這個概念。 總結來說,本篇文章在摘要中介紹了這個調製器設計的工作原理,而內文部分還探討非理想因素(例如Ct2電容上的紋波)的重要影響和調製器小訊號模型,以及更多資訊和模擬驗證實驗結果。 (本文作者任職於意法半導體)
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